遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)資源分配與任務(wù)調(diào)度優(yōu)化

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摘要:為合理分配遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)中的信息資源、實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)執(zhí)行任務(wù)的及時(shí)調(diào)度與規(guī)劃，本文針對(duì)遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)的資源分配與任務(wù)調(diào)度優(yōu)化策略展開研究。首先設(shè)計(jì)基礎(chǔ)分配框架，通過計(jì)算緩存資源量的方式完成資源分配處理?；诖?，建立穩(wěn)定的調(diào)度拓?fù)潴w系，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)路由環(huán)境中的節(jié)點(diǎn)微結(jié)構(gòu)捕獲待處理目標(biāo)信息參量，從而實(shí)現(xiàn)任務(wù)優(yōu)化調(diào)度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：與傳統(tǒng)的統(tǒng)一型資源分配技術(shù)相比，本文方法在單位時(shí)間內(nèi)能調(diào)度的教育信息資源量更多，而所需的分配調(diào)節(jié)時(shí)間卻相對(duì)更短，證明其能夠較好地規(guī)劃各項(xiàng)正在執(zhí)行的資源任務(wù)。

關(guān)鍵詞:網(wǎng)絡(luò)資源分配；調(diào)度優(yōu)化算法；緩存資源量；拓?fù)潴w系；路由節(jié)點(diǎn)

1引言

網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育是一種新型的互聯(lián)網(wǎng)教育實(shí)踐方式，可在現(xiàn)代信息技術(shù)的支持下，實(shí)現(xiàn)對(duì)云計(jì)算技術(shù)的開發(fā)與研究，從而使整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中的信息資源存儲(chǔ)容量得到不斷擴(kuò)充[1]。其目的在于組織學(xué)生進(jìn)行集體性的學(xué)習(xí)與交流活動(dòng)，并于其中獲得大量的教育實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。網(wǎng)絡(luò)資源分配過程同時(shí)受制于計(jì)算能力、緩存能力、帶寬條件等多項(xiàng)物理因素，是一種較為完善的數(shù)據(jù)信息匹配處理手段。網(wǎng)絡(luò)任務(wù)調(diào)度能夠在空間上將數(shù)據(jù)信息參量調(diào)配至任務(wù)處理器之上，且可以從時(shí)間域角度上對(duì)這些任務(wù)指令的執(zhí)行時(shí)序進(jìn)行排列。在遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)中，由于數(shù)據(jù)時(shí)限性等條件的影響，個(gè)別信息資源很難在既定時(shí)間內(nèi)達(dá)到理想化傳輸位置，從而導(dǎo)致教育時(shí)效性的不斷下降。為解決此問題，相關(guān)學(xué)者設(shè)計(jì)了統(tǒng)一型資源分配技術(shù)[2]。該技術(shù)借助任務(wù)管理器，將所有正在執(zhí)行的數(shù)據(jù)任務(wù)集合到當(dāng)前頻段之中，但由于待存儲(chǔ)的教育信息資源量極大，易導(dǎo)致分配調(diào)節(jié)時(shí)間的無限延長(zhǎng)。為避免上述情況的發(fā)生，本文設(shè)計(jì)了一種新的遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)資源分配與任務(wù)調(diào)度優(yōu)化策略，在基礎(chǔ)分配框架與拓?fù)潴w系結(jié)構(gòu)的支持下，實(shí)現(xiàn)對(duì)任務(wù)目標(biāo)的捕獲與處理，并通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方式，突出該方法的實(shí)際應(yīng)用能力。

2遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)的資源分配

遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)資源分配需要在基礎(chǔ)分配框架的支持下，連接多項(xiàng)資源分配結(jié)構(gòu)，再針對(duì)緩存資源信息量進(jìn)行精確計(jì)算，具體操作方法如下。

2.1遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)分配框架

隨著遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)的興起與發(fā)展，信息數(shù)據(jù)資源需要進(jìn)行統(tǒng)一的分配與調(diào)度，且為了更好滿足這種資源分配需求，需明確相關(guān)網(wǎng)絡(luò)層次之間的信息傳輸目的，從而使傳輸協(xié)議能夠適應(yīng)遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)的全局性調(diào)度目的，實(shí)現(xiàn)對(duì)教育信息資源的最優(yōu)配比處理?，F(xiàn)有遠(yuǎn)程教育資源分配算法大致可劃分為如下兩類：?jiǎn)我恍唾Y源分配與統(tǒng)一型資源分配。其中，單一型資源分配主要應(yīng)用于遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)的某一特定層次主體，可借助協(xié)議層信息節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程教育數(shù)據(jù)的交換與互傳[3-4]。統(tǒng)一型資源分配可將多個(gè)協(xié)議層教育資源整合到一起，從而將資源分配問題轉(zhuǎn)化為優(yōu)化性應(yīng)用問題。一般情況下，一個(gè)完整的遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)分配框架同時(shí)涉及物理層、MAC層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層五類應(yīng)用層次結(jié)構(gòu)，且隨著待傳輸數(shù)據(jù)總量的增大，層次主體之間的調(diào)度分配能力也在逐漸增強(qiáng)。遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)分配框架的基礎(chǔ)分層模式如表1所示。

2.2資源分配結(jié)構(gòu)

虛擬遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)可將基礎(chǔ)物理網(wǎng)絡(luò)中的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)資源抽象成為虛擬信息的存在形式，如虛擬鏈路、虛擬節(jié)點(diǎn)等多種形式，然后再把這些虛擬鏈路和虛擬節(jié)點(diǎn)組合成相互隔離的資源分配網(wǎng)絡(luò)模型。在這些預(yù)設(shè)的虛擬網(wǎng)絡(luò)中，基礎(chǔ)物理教育網(wǎng)絡(luò)始終保持原有的體系結(jié)構(gòu)格式。遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)虛擬化系統(tǒng)將傳統(tǒng)的資源服務(wù)ISPs(服務(wù)者)分離為SPs(服務(wù)提供者)與InPs(基礎(chǔ)設(shè)施提供者)兩類[5]。其中，SPs可同時(shí)租用一個(gè)或多個(gè)InPs資源，以用來創(chuàng)建完整的虛擬遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)模式，能夠?yàn)橘Y源對(duì)象同時(shí)提供端到端的網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)。InPs則負(fù)責(zé)部署和管理現(xiàn)有的教育資源信息，可在虛擬化處理物理資源數(shù)據(jù)的同時(shí)，建立多條可用的資源傳輸鏈路結(jié)構(gòu)體[6]。完整的資源分配結(jié)構(gòu)包含物理網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和虛擬網(wǎng)絡(luò)主機(jī)對(duì)象，能夠依照教育對(duì)象所需的數(shù)據(jù)需求，改變SPs主機(jī)中的信息傳輸方向，完整的結(jié)構(gòu)連接形式如圖1所示。

2.3緩存資源量計(jì)算

從控制原理的角度來看，遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)中緩存資源信息分配主要包含如下兩個(gè)方面：若以數(shù)據(jù)流作為分配核心，不同教育信息始終隸屬于不同的用戶對(duì)象，且每一個(gè)資源分配結(jié)構(gòu)都必須占據(jù)完全獨(dú)立的QoS傳輸要求。若以教育網(wǎng)絡(luò)信息分配流作為控制核心，網(wǎng)絡(luò)緩存分配機(jī)制需要在借助定量已緩存教育數(shù)據(jù)資源的同時(shí)，建立節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸關(guān)系，從而使得遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)主機(jī)能夠得到足量的緩存資源信息文件。假設(shè)完全劃分的教育資源與未完全劃分的教育資源在信息分配方面的關(guān)系占比情況始終為1：1，且隨著遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，這種數(shù)據(jù)信息比率關(guān)系也不會(huì)打破。為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)資源的合理化分配，緩存分配機(jī)制必須在丟棄原有調(diào)度模式的情況下，才能完成對(duì)數(shù)據(jù)信息的規(guī)劃與處理，而在此過程中，教育信息資源的分配進(jìn)度也始終受到網(wǎng)絡(luò)覆蓋強(qiáng)度的直接影響。假設(shè)R代表遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)信息資源傳輸均值，δmin代表資源分配系數(shù)的下限執(zhí)行權(quán)限量。聯(lián)立上述物理量，可將遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)中的緩存資源量計(jì)算結(jié)果表示為：式中，P0代表信息資源參量的分配處理源系數(shù)，Q0代表教育數(shù)據(jù)的源獲取系數(shù)，Wmin代表教育網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積的最小限度值，Wmax代表教育網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積的最大限度值，β代表教育資源數(shù)據(jù)的常項(xiàng)分配指標(biāo)。

3遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)調(diào)度優(yōu)化算法

在遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)資源分配技術(shù)的支持下，按照調(diào)度拓?fù)潴w系建立、網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點(diǎn)微結(jié)構(gòu)連接、優(yōu)化目標(biāo)確定的處理流程，完成遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)資源分配與任務(wù)調(diào)度優(yōu)化算法的設(shè)計(jì)。

3.1遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度拓?fù)潴w系

遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)調(diào)度拓?fù)潴w系采用直接型連接的應(yīng)用形式，其拓?fù)潴w系連接原理如圖2所示。圖2中，拓?fù)潴w系由S、AD兩類過渡節(jié)點(diǎn)共同組成。其中，S節(jié)點(diǎn)直接針對(duì)遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)資源信息參量，可在與資源分配結(jié)構(gòu)互聯(lián)的同時(shí)，干預(yù)數(shù)據(jù)信息文件的實(shí)際傳輸范圍。一般情況下，S型節(jié)點(diǎn)的實(shí)際數(shù)量值越大，遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)調(diào)度拓?fù)潴w系的覆蓋面積也就越大，但前者對(duì)于后者的作用能力相對(duì)較小，并不能直接對(duì)教育數(shù)據(jù)資源的調(diào)度能力造成影響。AD節(jié)點(diǎn)則主要針對(duì)遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)中已被賦予分配調(diào)度任務(wù)的參與節(jié)點(diǎn)，能夠妥善利用已緩存的教育數(shù)據(jù)資源量，并可在不影響信息分配能力的基礎(chǔ)上，將拓?fù)潴w系的執(zhí)行能力調(diào)度值最大值應(yīng)用狀態(tài)。從宏觀角度來看，遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)調(diào)度拓?fù)潴w系的規(guī)劃性能力較強(qiáng)，能夠適配基礎(chǔ)分配框架的現(xiàn)有連接形式；而從微觀角度來看，遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)調(diào)度拓?fù)潴w系具備較強(qiáng)的執(zhí)行處理能力，可充分調(diào)節(jié)待緩存教育資源量間的連接與傳輸關(guān)系。

3.2網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點(diǎn)微結(jié)構(gòu)

路由節(jié)點(diǎn)微結(jié)構(gòu)存在于遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)中，可在適應(yīng)教育資源分配需求的同時(shí)，設(shè)置既定的網(wǎng)關(guān)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，從而將輪空的FIFO與非空FIFO集合結(jié)合起來，一方面滿足與教育資源數(shù)據(jù)相關(guān)的輪詢算法應(yīng)用需求，另一方面按照調(diào)度實(shí)值的權(quán)限標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)各項(xiàng)教育資源信息量進(jìn)行妥善處理。遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)資源輸入路由節(jié)點(diǎn)微結(jié)構(gòu)后，會(huì)首先進(jìn)入教育網(wǎng)關(guān)體系之中，而隨著信息資源分配需求的逐漸明確，各項(xiàng)數(shù)據(jù)參量回逐漸成為輪空FIFO集合與非空FIFO集合兩部分。其中，輪空的FIFO集合能夠適配遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)教育中信息資源的調(diào)度實(shí)值，并可在閾值結(jié)果的作用下，最終成為非空FIFO集合的存在形式。非空FIFO集合存在于網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點(diǎn)微結(jié)構(gòu)末端，可整合所有待存儲(chǔ)的遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)資源，并將其整合成全新的輸出形式，以供其它網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體的調(diào)取與利用。

3.3任務(wù)調(diào)度算法的優(yōu)化目標(biāo)

隨著遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)資源分配需求的不斷擴(kuò)展，任務(wù)調(diào)度目標(biāo)的優(yōu)化能力也在逐漸趨于多元化。常見的優(yōu)化指標(biāo)包含調(diào)度時(shí)長(zhǎng)、調(diào)度功耗、網(wǎng)絡(luò)鏈路負(fù)載條件、分配處理器均衡負(fù)載條件四項(xiàng)影響因素。遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度時(shí)長(zhǎng)可表示為|T|，是指數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)在既定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的時(shí)間消耗最大值，一般情況下，一個(gè)好的網(wǎng)絡(luò)資源任務(wù)調(diào)度優(yōu)化方案中，實(shí)際調(diào)度時(shí)長(zhǎng)值應(yīng)該盡可能的被不斷降低。調(diào)度功耗可表示為，是指遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)在單位時(shí)間內(nèi)的資源信息消耗總量，通常情況下，該項(xiàng)物理量的實(shí)際表現(xiàn)值越大，任務(wù)調(diào)度算法優(yōu)化目標(biāo)的最終處理結(jié)果也就越明確。網(wǎng)絡(luò)鏈路負(fù)載條件可表示為χ1，分配處理器均衡負(fù)載條件可表示為χ2，在既定遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，上述兩項(xiàng)物理量始終保持互為相反數(shù)的存在狀態(tài)，且二者之間的作用影響強(qiáng)度始終處于既定數(shù)值區(qū)間內(nèi)。在上述物理量的支持下，聯(lián)立公式(1)，可將遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)資源的任務(wù)調(diào)度優(yōu)化目標(biāo)定義為：式中，s0代表最小的教育資源調(diào)度需求量，sn代表最大的教育資源調(diào)度需求量，n代表教育資源在遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)際分配系數(shù)，ξ代表調(diào)度任務(wù)的實(shí)際拆分處理權(quán)限值。至此，完成各項(xiàng)執(zhí)行系數(shù)的計(jì)算與處理，在不考慮其它干擾條件的情況下，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)資源分配與任務(wù)調(diào)度優(yōu)化算法的順利應(yīng)用。

4應(yīng)用能力檢測(cè)

為驗(yàn)證遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)資源分配與任務(wù)調(diào)度優(yōu)化算法的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，設(shè)計(jì)如下對(duì)比實(shí)驗(yàn)。搭建如圖4所示的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境，借助遠(yuǎn)程服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，將所有教育信息資源集合到統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，令個(gè)人用戶與個(gè)人電腦同時(shí)接入校園網(wǎng)環(huán)境中，在確保資源占比量始終保持穩(wěn)定的情況下，打亂所有可能存在的IP地址信息，記錄由信息分配開始到信息穩(wěn)定為止整個(gè)時(shí)間周期內(nèi)，各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)數(shù)值的具體變化情況。其中，實(shí)驗(yàn)組主機(jī)搭載本文設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)資源分配與任務(wù)調(diào)度優(yōu)化算法，對(duì)照組主機(jī)搭載傳統(tǒng)的統(tǒng)一型資源分配技術(shù)。單位時(shí)間內(nèi)的教育信息資源調(diào)度量能夠反映遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)中信息數(shù)據(jù)資源的實(shí)際分配與規(guī)劃能力，一般情況下，單位時(shí)間內(nèi)所能調(diào)度的信息資源量越大，遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)的分配與規(guī)劃能力也就越強(qiáng)，反之則越弱。表2記錄了實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組單位時(shí)間內(nèi)信息資源調(diào)度量的具體變化情況。分析表2可知，實(shí)驗(yàn)組教育信息資源調(diào)度量在前兩個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，始終保持不斷上升的變化趨勢(shì)，從第三個(gè)單位時(shí)長(zhǎng)開始，逐漸進(jìn)入數(shù)值穩(wěn)定狀態(tài)，而到了第四個(gè)單位時(shí)長(zhǎng)，又再次恢復(fù)初始情況下的上升狀態(tài)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中的最大數(shù)值結(jié)果達(dá)到了6.8GB。對(duì)照組教育信息資源調(diào)度量在前兩個(gè)單位時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，始終保持連續(xù)穩(wěn)定的數(shù)值存在狀態(tài)，從第三個(gè)單位時(shí)長(zhǎng)開始，這種穩(wěn)定態(tài)勢(shì)被打破，開始進(jìn)入不斷下降的變化趨勢(shì)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中的最大數(shù)值結(jié)果僅能達(dá)到4.3GB，與實(shí)驗(yàn)組最大值相比，下降了2.5GB。綜上可知，應(yīng)用遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)資源分配與任務(wù)調(diào)度優(yōu)化算法后，單位時(shí)間內(nèi)的教育信息資源調(diào)度量得到了大幅促進(jìn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)資源實(shí)際分配與規(guī)劃能力的不斷提升。教育信息資源分配調(diào)節(jié)時(shí)間是描述遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用穩(wěn)定性的重要物理指標(biāo)，一般情況下，教育信息資源分配調(diào)節(jié)時(shí)間越短，遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用穩(wěn)定性能力也就越強(qiáng)，反之則越弱。表3記錄了實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組教育信息資源分配調(diào)節(jié)時(shí)間的具體變化情況。分析表3可知，隨著待分配教育信息資源量的增大，實(shí)驗(yàn)組資源分配調(diào)節(jié)時(shí)間始終保持絕對(duì)穩(wěn)定的存在狀態(tài)。而對(duì)照組資源分配調(diào)節(jié)時(shí)間則始終保持不斷上升的變化趨勢(shì)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中的最大數(shù)值結(jié)果達(dá)到了5.3min，與實(shí)驗(yàn)組均值結(jié)果3.3min相比，上升了2.0min。綜上可知，應(yīng)用遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)資源分配與任務(wù)調(diào)度優(yōu)化算法后，教育信息資源的實(shí)際分配調(diào)節(jié)時(shí)間出現(xiàn)了明顯下降的變化趨勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用穩(wěn)定性的有效控制。

5結(jié)束語

與統(tǒng)一型資源分配技術(shù)相比，本文設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)資源分配與任務(wù)調(diào)度優(yōu)化算法在基礎(chǔ)分配框架與調(diào)度拓?fù)潴w系的作用下，準(zhǔn)確計(jì)算網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的數(shù)據(jù)信息緩存資源量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)度優(yōu)化目標(biāo)的有效定義。從實(shí)用性角度來看，單位時(shí)間內(nèi)教育信息資源調(diào)度量的增大，不但促進(jìn)了資源分配調(diào)節(jié)時(shí)間的大幅縮短，也適度提升了遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用穩(wěn)定性，具備較強(qiáng)的推廣與使用價(jià)值。

作者:姜希堯 單位:上海工藝美術(shù)職業(yè)學(xué)院